Кіріспе
Криптографиядағы функциялар класы. Криптографияда псевдорандомдық пермутация (PRP) – нақты күш-жігер жұмсағанда, кездейсоқ пермутациядан (яғни функцияның доменіндегі барлық пермутациялар жиынтығынан тең ықтималдықпен таңдалған пермутациядан) ажырату мүмкін болмайтын функция.
In cryptography, a pseudorandom permutation (PRP) is a function that cannot be distinguished from a random permutation (that is, a permutation selected at random with uniform probability, from the family of all permutations on the function's domain) with practical effort.
Анықтама
F – бейнелеу. F – PRP, егер және тек қана егер кез келген үшін , – бұл –ден –ға дейінгі биекция, мұндағы кез келген үшін , кез келген үшін -ны бағалауға "тиімді" алгоритм бар. Барлық ықтималдық полиномиалдық уақыт ажыратушылар үшін: , мұндағы біркелкі түрде кездейсоқ таңдалады және n биттік тізбектердегі пермутациялар жиынынан біркелкі түрде кездейсоқ таңдалады. Псевдорандомдық пермутациялар отбасы – псевдорандомдық пермутациялар жиыны, онда кілтті пайдаланып нақты пермутацияны таңдауға болады.
For any , is a bijection from to , where For any , there is an "efficient" algorithm to evaluate for any ,. For all probabilistic polynomial time distinguishers : , where is chosen uniformly at random and is chosen uniformly at random from the set of permutations on n bit strings. A pseudorandom permutation family is a collection of pseudorandom permutations, where a specific permutation may be chosen using a key.
Блок шифрлардың моделі
(Кілтті) блок шифрының идеалданған абстракциясы – ашық мәтін мен шифрмәтін арасындағы байланыстардың нағыз кездейсоқ орналасуы. Егер блок шифрының қауіпсіздік параметрімен көрсетілгеннен кем күш жұмсап, маңызды артықшылыққа жететін ерекшелеу алгоритмі болса (әдетте, қажетті күш шифр кілт кеңістігі бойынша күшпен іздеуге тең болуы керек), онда шифр кем дегенде сертификациялық тұрғыдан бұзылған деп есептеледі, тіпті мұндай бұзу бірден қауіпсіздіктің нақты сәтсіздігіне әкелмесе де. Қазіргі шифрлар жоғары сапалы псевдокездейсоқтыққа ие болуы керек. Яғни, шифр сол хабарлама кеңістігінде кездейсоқ таңдалған орналасудан ажыратылмауы тиіс, тіпті қарсыластың шифрдың тікелей және кері бағыттарына қара жәшік ретінде қол жеткізімі болса да.
Псевдосуицидтік функциямен байланыстар
Майкл Люби мен Чарльз Рэккофф псевдорандомды функцияны пайдаланып, Люби-Рэккофф құрылымын қолдану арқылы "күшті" псевдорандомды пермутация құруға болатынын көрсетті, ал Люби-Рэккофф құрылымы Фейстель шифры негізінде салынған.
Болжаусыз пермутация
Болжамас пермутация (UP) Fk – жылдам рандомизацияланған алгоритммен мәнін болжау мүмкін емес пермутация. Болжамас пермутацияларды криптографиялық примитив ретінде, күрделі қасиеттері бар криптографиялық жүйелердің құрылыс бөлігі ретінде қолдануға болады. Болжамас пермутацияға қарсылас – алға және кері пермутация операцияларына қолжетімділігі бар алгоритм. Қарсыластың алдына k сынақ кірісі қойылады және Fk мәнін болжау сұралады. Ол оракулға сұраныстар жасау арқылы болжамын жасауға көмектесуге рұқсат етіледі, бірақ k-ның өзін сұрауға рұқсат жоқ. Пермутацияларды құруға арналған рандомизацияланған алгоритм, егер оның нәтижелері элементтер жиынындағы (ұзындығы n екілік тізбектермен сипатталған) пермутациялар болса және оларды кездейсоқтықтан әлдеқайда жақсы болжау мүмкін болмаса, болжамас болып саналады. Яғни, сынақ раундынан бұрын оракулға полиномдық (n) санда сұраныс жасайтын қарсылас оны кездейсоқтықтан асырып түспейді, оның жұмыс уақыты n-ге полиномдық, ал қателік ықтималдығы барлық жағдайларда 1/2-ден кем. Демек, оны оракулға сүйенген PP күрделілік класында болжауға болмайды. Бұл ретте мынадай теорема дәлелденген: егер UP құрылымы ψU,k-ға қарсы болжамас ойынында елеусіз артықшылыққа (εп) ие болған және сынға алушыға полиномдық санда сұраныс жасайтын UP қарсыласы Aπ болса, онда UF отбасынан F-тің үлгісіне қарсы болжамас ойынында елеусіз артықшылыққа ие UF қарсыласы Af бар. Осыдан UP қарсыласы Aπ-ның максималды артықшылығы επ = O(εf * (qk)^6) екенін көрсетуге болады. Мұнда εf – F-тен алынған UF-ке қарсы O(t + (qk)^5) уақытында жұмыс істейтін UF қарсыласының максималды артықшылығын білдіреді, мұнда t – PRP қарсыласы Aψ-ның жұмыс уақыты, ал q – оның жасаған сұраныстарының саны. Сонымен қатар, болжамас қасиетіне ие және міндетті түрде псевдорандомдылық емес қолтаңба схемасы – негізінен тексерілетін болжамас функция (VUF) болып табылады. Тексерілетін болжамас функция тексерілетін псевдорандомды функцияға (VRF) ұқсас анықталады, бірақ псевдорандомдылық болжамасқа алмастырылады. Тексерілетін болжамас пермутациялар – VUF-тың пермутациялық аналогтары немесе VRP-тің болжамас аналогтары. VRP сонымен қатар VUP болып табылады және VUP-ты VRF-қа қолданылатын Feistel құрылымы арқылы VRP құру арқылы жасауға болады. Бірақ бұл пайдалы деп есептелмейді, өйткені VUF-ты VRF-қа қарағанда құру оңайырақ көрінеді.